Smart van der Waals Sieves

智能范德华筛

基本信息

  • 批准号:
    EP/X017575/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 259.78万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Our society heavily relies on various porous materials, which are used for filtration, gas separation, desalination, etc. As pore sizes become smaller and better defined, increasingly enhanced selectivity and performance characteristics can be achieved. While functional porous materials such as zeolites and metal-organic frameworks offer intrinsic molecule-size pores, they are hard to be integrated for nanoscale detection and characterization capabilities. Meanwhile, modern microfabrication techniques used to make integrated semiconducting circuits, have so far been unable to reliably create pores with size down to that of individual molecules.Here I propose a radically new top-down approach that allows nanofabrication of pores at the true atomic scale by assembling van der Waals (vdW) crystals in designer sequences. This involves disassembly of layered bulk crystals into individual atomically thin layers, followed by reassembly of these layers into artificial heterostructures. The proposed smart vdW sieving devices would combine molecular separation functions of well-defined nanopores with detection functions of modern chromatography. The whole device can be reduced in size to that of a tiny microchip.To realize such multifunctional compact wonder sieves, extensive work is first required to obtain electrical and optical characteristics of various molecules of interest confined inside atomic-scale slits, because structural and transport characteristics under strong confinement are expected to differ drastically from those in the bulk. In parallel, we will develop efficient molecular sieving through these vdW slits using a combination of steric and electrostatic exclusion. With such fundamental understanding of structural characteristics and transport mechanisms at the molecular scale, my team and I will demonstrate smart integrated sieves (lab-on-a-chip technology at atomic-scale) for simultaneous separation and detection of various molecules.
我们的社会严重依赖于各种多孔材料,它们被用于过滤、气体分离、海水淡化等。随着孔径变得越来越小和更好地定义,可以实现越来越高的选择性和性能特征。虽然沸石和金属有机框架等功能多孔材料提供了固有的分子大小的孔隙,但它们很难集成到纳米级检测和表征能力中。与此同时,用于制造集成半导体电路的现代微加工技术,到目前为止还不能可靠地制造出小到单个分子大小的孔。在这里,我提出了一种全新的自上而下的方法,通过在设计序列中组装范德瓦尔斯(vdW)晶体,可以在真正的原子尺度上实现纳米孔的制造。这包括将层状体晶体分解成单个原子薄层,然后将这些层重新组装成人工异质结构。所提出的智能vdW筛分装置将具有良好定义的纳米孔的分子分离功能与现代色谱的检测功能相结合。整个装置可以缩小到一个微型芯片的大小。为了实现这种多功能紧凑的神奇筛子,首先需要做大量的工作来获得限制在原子尺度狭缝内的各种感兴趣的分子的电学和光学特性,因为在强约束下的结构和输运特性预计将与体中的结构和输运特性大不相同。同时,我们将开发有效的分子筛选通过这些vdW狭缝使用空间和静电排除的组合。基于对分子尺度结构特征和传输机制的基本理解,我和我的团队将展示智能集成筛子(原子尺度上的芯片实验室技术),用于同时分离和检测各种分子。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mixing of moiré-surface and bulk states in graphite.
  • DOI:
    10.1038/s41586-023-06264-5
  • 发表时间:
    2023-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    64.8
  • 作者:
    Mullan, Ciaran;Slizovskiy, Sergey;Yin, Jun;Wang, Ziwei;Yang, Qian;Xu, Shuigang;Yang, Yaping;Piot, Benjamin A. A.;Hu, Sheng;Taniguchi, Takashi;Watanabe, Kenji;Novoselov, Kostya S. S.;Geim, A. K.;Falko, Vladimir I. I.;Mishchenko, Artem
  • 通讯作者:
    Mishchenko, Artem
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    0
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    Qian Yang
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知道了